ما هي صناعة الـ DRI؟

تشير صناعة حديد الاختزال المباشر (DRI) إلى قطاع تعدين الصلب المخصص لإنتاج الحديد المختزل المباشر عن طريق تحويل خام الحديد إلى حديد معدني عالي النقاء من خلال الاختزال المعتمد على الغاز أو الفحم عند درجات حرارة أقل من نقطة انصهار الحديد. تتجنب هذه العملية مسار الفرن العالي تمامًا، وتعتمد بدلاً من ذلك على تقليل الغاز المتولد داخل أنظمة الإصلاح لتجريد الأكسجين من كريات خام الحديد أو الخام المقطوع. تشكل المعدات مثل أنبوب إصلاح DRI، وجسم فرن العمود، وشبكة السخان الناري المرتبطة بها العمود الفقري لكل خط إنتاج DRI، وتحدد موثوقية هذه المكونات كلاً من جودة الإنتاج وتكلفة التشغيل.

مسارات التكنولوجيا الأساسية وتكوين العمليات في صناعة تقنية الاختزال المباشر

وتمثل عمليات أفران العمود المعتمدة على الغاز ما يقرب من 75.8 بالمائة من الطاقة الإنتاجية العالمية لتقنية الاختزال المباشر، حيث تمثل شركتا MIDREX وEnergiron اثنتين من الجهات المرخصة للتكنولوجيا المهيمنة. تمر سلسلة العملية الكاملة عبر أربع مراحل متصلة: الاختزال داخل فرن العمود، وإعادة تشكيل الغاز داخل أنابيب التفاعل المملوءة بالمحفز، واسترداد الحرارة المهدرة من خلال قسم الحمل الحراري، والقولبة النهائية أو التبريد. نظرًا لأن تقليل جودة الغاز يقود السلسلة بأكملها، فإن شبكة أنابيب الإصلاح تقع في مركز أداء العملية.

تهيمن عمليات أفران العمود القائمة على الغاز على صناعة حديد الاختزال المباشر لأنها تجمع بين الكفاءة الحرارية العالية وأشكال الإنتاج المرنة، بما في ذلك حديد الاختزال المباشر البارد، وحديد الاختزال المباشر الساخن، والحديد المقولب الساخن. يعد تقليل تحضير الغاز جوهر التشغيل لهذا المسار: يمتزج الغاز الطبيعي مع غاز الفرن المعاد تدويره ويتدفق عبر أنابيب الإصلاح المعبأة بمحفز قائم على النيكل، مما ينتج تيار تفاعل غني بالهيدروجين الذي ينفذ الاختزال الفعلي داخل فرن العمود.

معايير التصنيع لأنبوب الإصلاح DRI ومكونات أنبوب المحفز

إن أنبوب الإصلاح DRI هو القلب الحامل للضغط لفرن الإصلاح، المعرض لدرجات حرارة الغاز الداخلية التي تزيد عن 900 درجة مئوية، والحرارة المشعة المباشرة من الشعلات الخارجية، والضغط الداخلي المستمر، والتآكل الميكانيكي من طبقة المحفز. تعتبر عملية أنبوب فرن الصب بالطرد المركزي ممارسة قياسية لهذا المكون لأنها تنتج بنية مجهرية كثيفة للجدار وبنية حبيبية مكررة، والتي تترجم مباشرة إلى مقاومة أقوى للزحف ومقاومة الأكسدة مقارنة بالصب الثابت.

يركز اختيار المواد عادةً على سبائك عالية المقاومة للحرارة من النيكل والكروم مثل درجات HP وHK، والتي تحتوي على 25 إلى 35 بالمائة من الكروم و35 إلى 45 بالمائة من النيكل، مع إضافة النيوبيوم والتنغستن والتيتانيوم لتعزيز حدود الحبوب. تدعم نفس تقنية أنبوب المحفز أيضًا أنبوب إعادة تشكيل توليد الهيدروجين المستخدم في وحدات إنتاج الهيدروجين، نظرًا لأن كلا التطبيقين يشتركان في المتطلبات الحرارية والضغط المتطابقة تقريبًا.

• درجة حرارة التشغيل: داخلية 900 إلى 1050 درجة مئوية، مع درجة حرارة الجدار تصل إلى 1100 درجة مئوية
• متطلبات الضغط: يجب أن يتحمل ضغط الغاز المخفض الداخلي مع وزن طبقة المحفز
• معيار المواد: سبيكة عالية المقاومة للحرارة من النيكل والكروم مع هيكل مصبوب كثيف للطرد المركزي
• عمر الخدمة: دورة تشغيل نموذجية تتراوح ما بين 8 إلى 12 عامًا تقريبًا
• عملية التصنيع: الصب بالطرد المركزي، والتصنيع الدقيق، والاختبار غير المدمر

تشتمل أوضاع الفشل في خدمة أنبوب التفاعل بشكل أساسي على تشوه الزحف، وتكسير الإجهاد الحراري، وتقصف الكربنة، وتشظي مقياس الأكسيد. تتم معالجة هذه المخاطر من خلال معدلات تبريد الصب التي يتم التحكم فيها، والنسب المحسنة للسبائك، والفحص الصارم لكل ورقة أنبوب، ومشعب، ووصلة المجمع قبل مغادرة التجميع للمصنع.

سلسلة منتجات مميزة لأنظمة السخان المباشر والحرق المباشر

تغطي خطوط المعدات التالية شبكة أنابيب الإصلاح، وجسم فرن العمود، وأنظمة التكسير والسخان ذات الصلة المستخدمة في مصانع حديد الاختزال المباشر، ووحدات الإيثيلين، وعمليات التكرير.

أنبوب مصلح DRI

صناعة الـ DRI

فرن الـ DRI

صناعة الـ DRI

أنبوب المصلح

أنبوب الفرن

أنبوب التكسير (ملف مشع)

صناعة الإيثيلين

فرن تكسير الإيثيلين

الصناعة الكيميائية

التصميم الهيكلي لفرن الاختزال المباشر للحديد وأنظمة السخانات العاملة بالحرق ذات الصلة

تم بناء فرن عمود DRI القائم على الغاز على شكل وعاء أسطواني مبطن بالحرارات. يتم شحن كريات خام الحديد أو الخام المقطوع من الأعلى وينزل عن طريق الجاذبية، ليلتقي بغاز الاختزال المتدفق لأعلى في نمط تيار معاكس يكمل تفاعل الاختزال. يجب أن تأخذ هندسة أنظمة التسخين التي تدعم هذا الفرن في الاعتبار نسبة الارتفاع إلى القطر للعمود، وتوزيع الغاز الموحد عبر المقطع العرضي، وسرعة نزول العبء التي يتم التحكم فيها، ونظام إغلاق ديناميكي موثوق به في نقاط الشحن والتفريغ.

تشترك العديد من هذه الأنظمة في المنطق الهندسي مع السخان الناري لخدمة مصفاة النفط والسخان الناري لخدمة صناعة البتروكيماويات، حيث تعتمد الثلاثة جميعًا على قسم مشع، وقسم الحمل الحراري، وEPC الدقيق للتنسيق على مستوى فرن تكسير الإيثيلين بين تصميم جسم الفرن، وتعدين الأنابيب، وتصميم الموقد. إن التسليم الكامل للمشروع، بدءًا من تصميم العملية وحتى التركيب والتشغيل، يحافظ على تشغيل أجزاء الفرن المترابطة كنظام واحد موثوق به.

التحول الأخضر والاتجاهات الهندسية في صناعة تقنية الاختزال المباشر

تتجه صناعة DRI العالمية نحو عمليات منخفضة الكربون. تنتج تقنية الاختزال المباشر التقليدية القائمة على الغاز الطبيعي بالفعل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أقل بشكل ملحوظ من طريق الفرن العالي، كما أن تقنية الاختزال المباشر للغاز تنتج حوالي 100 بالمائة من الهيدروجين الأخضر حيث يُنظر إلى عامل الاختزال على أنه مسار رائد لإزالة الكربون في قطاع الصلب. لقد طور مانحو تراخيص العمليات الرائدون تكوينات نباتية قادرة على التبديل بمرونة بين الغاز الطبيعي والهيدروجين والغاز الاصطناعي كمواد اختزال، مما يبقي الباب مفتوحًا للانتقال الكامل إلى الاختزال المعتمد على الهيدروجين دون إعادة بناء فرن العمود نفسه.

تعد مرونة حجم النبات الميزة الثانية لطريق DRI. في حين أن مزيج الفرن العالي وأفران الأكسجين الأساسي يحتاج عادةً إلى إنتاج سنوي يقارب 2 مليون طن ليظل اقتصاديًا، فإن مصنع DRI المقترن بفرن القوس الكهربائي يمكن أن يبدأ التشغيل بقدرة إنتاجية قليلة تصل إلى 0.5 مليون طن سنويًا. وهذا يجعل صناعة حديد الاختزال المباشر عملية بشكل خاص بالنسبة للمناطق ذات موارد خام الحديد المتناثرة أو إمدادات الغاز الطبيعي والهيدروجين المحدودة، مما يدعم مصانع الصلب الصغيرة على نطاق رأسمالي أصغر بكثير.

الأسئلة المتداولة

ما هي المواد المستخدمة عادة لتصنيع أنابيب DRI Reformer؟

عادةً ما يتم تصنيع أنابيب إصلاح DRI من سبائك عالية المقاومة للحرارة من النيكل والكروم مثل درجات HP وHK باستخدام تقنية الصب بالطرد المركزي، مما يسمح لها بتحمل درجات حرارة التشغيل التي تزيد عن 900 درجة مئوية وضغط الغاز الداخلي المستمر.

ما الذي يميز فرن DRI عن سخان النار التقليدي؟

فرن الاختزال المباشر للحديد (DRI) عبارة عن مفاعل ذو عمود تم تصميمه خصيصًا للاختزال المباشر لخام الحديد، ويتم تحديده من خلال الاتصال بالغاز الصلب بتيار معاكس، ونظام إغلاق ديناميكي، وبطانة حرارية. وهذا يختلف بشكل أساسي عن السخان التقليدي في كل من مبدأ العملية والتصميم الهيكلي.

ما هو التركيب النموذجي لاختزال الغاز في عمليات الاختزال المباشر للغاز القائمة على الغاز

يتكون اختزال الغاز في عمليات الاختزال المباشر للغاز المعتمدة على الغاز عادة من حوالي 55% هيدروجين و36% أول أكسيد الكربون، مع نسبة H2 إلى CO قريبة من 1.5، ويتم توليدها من خلال الإصلاح التحفيزي للغاز الطبيعي داخل أنابيب الإصلاح.

ما هي أشكال المنتجات الرئيسية لـ DRI

يتم إنتاج حديد الاختزال المباشر في ثلاثة أشكال رئيسية: حديد الاختزال المباشر البارد، وحديد الاختزال المباشر الساخن، والحديد المقولب الساخن. يتم تصنيع الحديد المقولب الساخن عن طريق ضغط تقنية الاختزال المباشر الساخنة إلى قوالب كثيفة من أجل تخزين ونقل أكثر أمانًا.

ما هو عمر الخدمة النموذجي لأنبوب الإصلاح؟

في ظل ظروف التشغيل العادية، يدوم أنبوب الإصلاح عادةً ما يقرب من 8 إلى 12 عامًا، اعتمادًا على درجة حرارة التشغيل، وتقلب الضغط، وتكرار استبدال المحفز، ودرجة السبائك المحددة المستخدمة.

ما هي المزايا البيئية التي توفرها عملية DRI مقارنة بصناعة الصلب في الفرن العالي؟

تستهلك عملية DRI ما يقرب من نصف الطاقة التي يستهلكها الفرن العالي وتولد انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أقل بكثير. عند إقرانها بالهيدروجين بنسبة 100% كعامل اختزال، تصبح انبعاثات الكربون قريبة من الصفر قابلة للتحقيق، مما يجعلها مسارًا أساسيًا لإزالة الكربون من صناعة الصلب.